喷丸强化对车辆传动齿轮裂纹扩展影响的研究综述

疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一,齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命,严重时会导致车辆发生安全事故。延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力。喷丸技术是一种冷加工表面强化处理工艺,该技术利用高速弹丸冲击材料表面,使零件表层产生塑性应变的同时,在表面和内部引入残余压应力,从而使裂纹闭合的能力得到强化,达到延缓裂纹扩展的强化效果。为了更好地揭示喷丸引入的残余压应力对疲劳裂纹扩展的影响,首先综述了传动齿轮表面疲劳裂纹产生的原因以及疲劳裂纹的扩展行为对重载车辆服役的影响。从强度因子、J积分以及裂纹闭合效应出发,介绍了传动齿轮表面疲劳裂纹扩展的理论以及残余压应力与疲劳裂纹扩展速率之间的关系。其次概述了目前国内外常用的新型有益于将残余拉应力转化为残余压应力的微粒子喷丸、激光喷丸、超声喷丸方法,并与传统机械喷丸技术相比较,阐述了新型喷丸表面强化技术的优缺点。此外,从数值模拟和试验结果两方面,论述了喷丸速度、喷丸角度、弹丸直径、弹丸材质和覆盖率5个工艺参数对在传动齿轮表面引入残余压应力的改善影响。最后对喷丸强化技术在传动齿轮上的多目标参数优化以及多尺度残余压应力与疲劳性能进行了展望,并结合重载车辆的使用需求,强调需要创新设计一种效率高、价格低、适用性广的喷丸技术,以进一步推动喷丸强化在延缓疲劳裂纹扩展方面的持续发展。

喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的表面完整性及疲劳性能研究

研究了喷丸强化对覆铝7B04-T7451铝合金表面完整性和疲劳性能影响,阐明了覆铝层对喷丸强化效果的影响。采用维氏硬度计、原位纳米测试系统、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪等,分析了喷丸强化后试样的显微硬度、表面轮廓、表面粗糙度及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测试喷丸强化试样的疲劳寿命,利用扫描电镜分析疲劳断裂断口的特征。结果表明,喷丸强化覆铝7B04-T7451试样表层硬度从表层向内部逐渐增大,直到基材硬度,表面硬度较原始试样略有提高;覆铝7B04-T7451试样表面发生剧烈的塑性形变,弹丸尺寸较大,表面粗糙度明显增大;喷丸强化引入深度约150μm的残余压应力层,但其残余压应力数值和应力峰值均较小。喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的疲劳性能没有获得提高,由于表面粗糙度和塑性形变显著增大,使得疲劳裂纹源在覆铝层表面萌生较快,疲劳寿命降低。

喷丸强化对预变形CP800复相钢疲劳性能的影响

喷丸强化可以提高CP800复相钢的抗疲劳性能.采用低(0.15 mmA)、中(0.3 mmA)、高(0.5 mmA)3种喷丸强度对5%预拉伸变形后的CP800复相钢进行表面喷丸处理,研究了喷丸后材料的表面形貌和表面残余应力,并通过拉压疲劳试验分析了疲劳断口.研究发现:2 mm板厚的CP800复相钢更适合采用低喷丸强度,疲劳寿命约为未喷丸试样的3倍;疲劳寿命的提升归因于表层发生塑性变形、位错密度提高,且残余压应力可抑制裂纹萌生;喷丸后材料表面粗糙度增大;喷丸强度过高易造成表面缺陷增多,尤其在高喷丸强度下,试样表面会出现分层损伤现象,对疲劳性能有不利影响.

Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金材料喷丸强化工艺及摩擦磨损性能研究

目的提高Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金的耐磨性能。方法通过喷丸强化工艺对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金表面进行处理,在合金表面制备出纳米强化层,随后进行干滑动摩擦磨损试验,探究其喷丸强化后耐磨性能的改变。利用OM、SEM研究合金表层至内部晶粒尺寸及组织特征的变化。利用电子天平秤测量摩擦磨损试验前后质量的损失量。利用维氏显微硬度计测量合金强化层深度方向的硬度分布。利用SEM研究了合金摩擦磨损后的形貌特征,探究其磨损机制。结果对Mg-9Gd-3.5Y-2Zn-0.5Zr合金进行表面喷丸处理后,表面分别出现了200~370μm厚的晶粒细化层,其中喷丸气压为0.4 MPa、时间为40 s的试样的细晶强化层厚约为250μm,硬度约为155HV,较原始试样提高了50%左右。结论经喷丸强化后,镁合金表面发生塑性变形,获得纳米晶。晶粒尺寸从表层到内部逐渐变大,呈现梯度变化,喷丸处理后试样磨损质量普遍降低,耐磨性能得到提高,其中气压为0.4MPa、喷丸时间为40s的试样的耐磨性最好。铸态试样的摩擦磨损中,磨粒磨损和黏着磨损发挥主要作用,喷丸强化工艺后,磨损机制发生改变,喷丸时间为60 s时,氧化磨损起主导作用。另外,随着喷丸气压的增大,疲劳磨损由辅助作用逐渐变为主导作用。

喷丸强化对热锻模零件的影响

介绍了热锻模常见的失效形式,分析了喷丸强化工艺的作用机制和强化机理,强调表面强韧化处理的概念,综述了各种喷丸技术的发展及研究现状,总结喷丸强化工艺对热锻模零件的影响效果,探索热锻模喷丸强化研究中存在的问题,为未来的喷丸强化研究方向提供参考。

喷丸强化设备工艺后置仿真技术研究

为解决喷丸程序编制过程中无法实现动态法向喷射以及喷丸过程的连续性和法向喷射的一致性问题,通过后置处理程序设计与RTCP补偿运动激活和取消相结合的方法,实现了动态补偿,生成了全法向喷射程序代码,保证喷射入射角、喷射强度的一致性,提升了区域连接运动效率。结果表明,工艺后置仿真可以实现动态补偿喷头姿态和喷射点位置,保证了喷射入射角和喷射强度的一致性,实现了喷丸数控程序自动化编制、后置,减少了生产准备时间,提升了喷丸工艺准备效率和零件整体工艺的生产效率。

航空发动机整体叶轮喷丸强化技术研究

针对航空发动机钛合金整体叶轮喷丸工艺展开研究。首先分析钛合金整体叶轮的喷丸强化难点,然后采用试验方法探索钛合金喷丸的特性,最后进行钛合金整体叶轮的喷丸强化效果和喷丸工艺优化研究,为航空钛合金叶轮喷丸强化应用提供基础研究支撑。

储氢铝合金表面喷丸强化数值仿真研究

基于有限元软件ABAQUS建立6061-T6铝合金随机多弹丸喷丸三维有限元模型,研究弹丸速度和弹丸数目对残余应力场和表面粗糙度的影响。结果表明,随着弹丸速度的增加,残余压应力峰值、残余压应力层深度和表面粗糙度随之增加,但残余压应力峰值的深度变化很小;增加弹丸数目对残余压应力峰值提高明显,对残余压应力峰值的深度和残余压应力层深度影响不大,表面粗糙度逐渐增加并趋于稳定。

弹丸对喷丸强化效果的影响

为了研究喷丸强化工艺中弹丸类型对疲劳性能的影响规律,设计了应力集中系数为1.5的单细节结构疲劳试验件,分别采用陶瓷丸和不同尺寸的铸钢丸在低、中、高强度下对7055-T7451铝合金试验件进行喷丸强化和疲劳性能测试,通过细节疲劳额定值(DFR)方法对试验数据进行处理和分析,获取试验件喷丸强化后疲劳性能的增益。结果表明:喷丸强化可以明显提高材料的疲劳寿命,疲劳增益为9%~57%;喷丸强化采用的弹丸类型对试验件疲劳增益有明显的影响;同样强度下,陶瓷丸喷丸强化效果优于铸钢丸;弹丸种类相同时,小尺寸弹丸喷丸强化效果优于大尺寸弹丸;陶瓷丸喷丸强度对疲劳性能的影响规律表现为抛物线形,即随着喷丸强度的增加,疲劳性能先增加后减少。

喷丸强化技术及其应用与发展

介绍了传统喷丸强化、超声喷丸强化、激光喷丸强化、高压水喷丸强化等表面强化技术,并对这些喷丸技术的基本原理、研究和应用现状及发展趋势进行了分析,提出了当前发展喷丸强化技术的对策及建议.

发动机叶片喷丸强化工艺及设备的研究

为了提高发动机叶片的使用寿命,延迟裂纹的萌生,通常对其采用喷丸强化处理。本文概括了发动机叶片喷丸强化研究的意义和必要性,介绍了叶片喷丸强化的工艺参数,重点阐述了发动机叶片喷丸强化设备的研究,并对发动机叶片喷丸设备的应用做了总结。

工业纯钛喷丸强化研究

采用 TEM结合 SEM和 XRD对工业纯钛喷丸强化后显微组织结构、断口形貌、残余应力进行分析 ,研究了影响疲劳性能的 3个因素即 :组织、应力、粗糙度。结果发现 :孪生是六方合金的塑性变形主要形式 ,喷丸强化表层形变组织由孪晶和变形带构成 ,表层孪晶间强烈交互作用 ,可造成显微损伤 ;表层残余应力在疲劳后发生明显松驰 ,有益贡献也相应的降低 ;表面粗糙度提高 。

陶瓷弹丸喷丸强化对DD6单晶高温合金表面完整性的影响

采用陶瓷弹丸对DD6单晶高温合金进行喷丸,研究喷丸后DD6单晶表面形貌、表面粗糙度、表面层组织结构、显微硬度等表面完整性性能变化。结果表明:喷丸后,DD6单晶表面完整性性能发生较大变化,表面层组织产生严重塑性形变,表面粗糙度Ra升高,然而,采用特定参数喷丸后,表面粗糙度上升的同时,表面应力集中系数反而下降。喷丸后DD6单晶表面γ相和γ′相均发生剧烈的位错增殖,起到组织强化的作用。两种工艺喷丸后,表面显微硬度HV基本一致,达到620,比原始的磨削表面提高44%,加工硬化显著。

喷丸强化对7A12铝合金微观组织和疲劳性能的影响

研究喷丸强化对高强铝合金7A12高周疲劳性能的影响。利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察喷丸和未喷丸状态的微观组织和断口形貌,利用X射线(XRD)分析强化层残余应力分布情况。结果表明:喷丸强化使7A12铝合金疲劳强度提高了26%。喷丸强化可在材料表面引入残余压应力,并显著细化表层晶粒(形成亚晶)和实现位错增殖,且沿层深呈梯度变化特征。喷丸强化引起7A12铝合金疲劳强度提高可归因于喷丸造成的晶粒细化和位错增殖对疲劳裂纹萌生的有效抑制,以及喷丸引入的表面残余压应力对疲劳裂纹早期扩展的有效阻止作用。疲劳试样断口形貌证实喷丸强化后试样的疲劳裂纹扩展速率明显低于原始状态。

GH909合金喷丸强化残余应力场的研究

研究了 GH90 9合金不同喷丸强化工艺下的残余应力场和残余应力在 5 5 0℃的松弛情况 ,总结了喷丸强化所获得的残余应力场特性。结果表明 ,GH90 9合金经适当喷丸强化后获得的有益残余压应力场可改善其疲劳性能。

微尺度激光喷丸强化TiN涂层的表面性能

采用直径为300μm的激光光斑对TiN涂层表面进行微尺度激光喷丸强化处理以进一步提高TiN涂层的表面性能。利用光学轮廓仪和纳米力学测试系统测量了不同激光工艺参数作用下TiN涂层喷丸区域的表面形貌、纳米硬度及弹性模量分布。结果表明,喷丸区域形成的圆锥形凹坑最大深度约为1.2μm,纳米硬度和弹性模量在喷丸中心处变化最大,并在一定范围内随着激光能量的增大而增大,当激光能量为250mJ时,两者最大,分别达到50.21GPa和402.8GPa,与初始状态相比分别提高了140%和43.9%。

喷丸强化的综合效应理论

对几种钢材进行了喷丸强化,疲劳试验,测定了残余应力场和表面粗糙度。提出了表面粗糙度应力集中系数的计算模型和公式,以及疲劳源萌生于表面时表达疲劳极限规律的修正Goodman方程。根据断口分析和应力计算,提出了材料的内部疲劳极限概念及相应的强化机制。在上述研究基础上,建立了喷丸强化的综合效应理论。

喷丸强化对新型7055-T7751铝合金疲劳性能的影响

对7055-T7751新型铝合金表面进行了陶瓷丸喷丸强化处理,采用X射线衍射仪、表面轮廓仪、扫描电子显微镜、显微硬度计等研究了喷丸强度、喷丸覆盖率等工艺参数对铝合金表面残余应力场、表面粗糙度、表面损伤及表面加工硬化和疲劳性能的影响。结果表明:优化工艺参数下的喷丸强化能够显著提高该铝合金的疲劳性能,并不是喷丸强度或喷丸覆盖率越高强化效果越好,而是存在合理的喷丸强化参数范围,在优化条件下铝合金可以获得良好的综合表面完整性,疲劳断裂抗力最高;确定的优喷丸参数为喷丸强度0.15mm,覆盖率100%,以此参数强化处理的7055-T7751铝合金的疲劳寿命是基材的2.7倍。

加弧辉光离子渗NiCr与喷丸强化复合处理对钛合金微动疲劳性能的影响研究

研究了钛合金表面加弧辉光离子渗 Ni Cr层的相组成和分布 ,对 Ni Cr渗层进行喷丸形变强化后处理 ,以协同提高钛合金耐微动疲劳性能 .研究结果表明 :利用加弧辉光离子渗技术可以获得由 Ni3Ti金属间化合物等组成的渗镀复合层 ,从而提高钛合金的表面硬度和耐磨性能 ;Ni Cr渗层的耐磨性能与喷丸强化引入的表面残余压应力协同作用 ,使钛合金经加弧辉光离子渗 Ni Cr和喷丸形变强化复合处理后的耐微动疲劳性能较单一喷丸强化处理更好 .